СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК A62C3/02 B64D1/16 

Группа изобретений относится к области пожаротушения и может быть использована для обнаружения, фиксации, прогнозирования распространения и тушения пожаров.

Известен мобильный комплекс, который представляет собой транспортное средство повышенной проходимости, укомплектованное специализированным аварийно-спасательным оборудованием: БЛА самолетного типа малого и среднего радиуса действия, малогабаритным БЛА вертолетного типа), оснащенными комплектом сменных модулей целевой нагрузки, наземной станцией управления, видеотерминалом, средствами радиосвязи, портативной автономной метеостанцией, комплектом средств жизнеобеспечения, эластичным и механическим пусковыми устройствами для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, а также аккумуляторными батареями для беспилотных летательных аппаратов и другой бортовой и наземной аппаратуры для обеспечения радиотелеметрической системы связи. Координаты районов ЧС определяются с помощью спутниковой системы навигации. Общее руководство осуществляется из штаба по управлению спасательной операцией (по патенту RU 2612754, кл. B64C 39/02, A62C 3/02, G01W 1/04, опубл. 13.03.17).

Недостатком данного комплекса является то, что с помощью него можно только вести наблюдение и обнаружение чрезвычайных ситуаций без возможности их предотвращения или ликвидации.

Известен авиационный комплекс, который включает беспилотный летательный аппарат (БПЛА) со складываемыми-раскладываемыми несущими поверхностями, оснащенный аппаратурой обнаружения и идентификации очагов возгорания, бортовой емкостью, автоматической системой заправки водой, самоходный мобильный пункт управления БПЛА, обеспечивающий корректировку полетного задания, машину эксплуатационно-технического обслуживания. В пожароопасный период авиационный комплекс выдвигают на площадку для запуска БПЛА, который осуществляет мониторинг и тушение. С помощью машины эксплуатационно-технического обслуживания пополняет запасы топлива и воды (по патенту RU 2674640, кл. A62C 3/08, B64D 1/16, опубл. 11.12.18).

Недостатком данного комплекса является наличие в составе комплекса только одного БПЛА, что ограничивает площадь территории, на которой он может эффективно работать.

Известна система мониторинга и тушения лесных пожаров с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которая состоит из множества вертикальных вышек в горной местности и прикрепления БПЛА к вертикальным вышкам так, чтобы они могли взлетать и приземляться на них. С помощью БПЛА осуществляется мониторинг лесных пожаров. При обнаружении лесного пожара он может быть потушен путем сбрасывания с БПЛА огнетушащих бомб. Это позволяет быстро и эффективно контролировать и тушить лесные пожары с минимальными затратами. На вышках происходит загрузка огнетушащих бомб, что позволяет производить процесс тушения непрерывно (по патенту KR 101912740, кл. B64F 1/00, B64F 1/12, B64D 47/08, B64D 1/02, опубл. 30.10.18).

Недостаток данной системы заключается в том, что в составе системы используются БПЛА одного типа, которые должны иметь достаточную грузоподъемность для доставки огнетушащих бомб, т.е. иметь относительно большие габариты, поэтому их использование для постоянного мониторинга территории нецелесообразно. Поэтому появляется необходимость установки множества вышек для базирования на них БПЛА и откуда ведется наблюдение за территорией. Также отсутствует возможность прогнозирования развития пожара. Всё это снижает эффективность и ограничивает применение данной системы, делает её маломобильной, увеличивает капитальные затраты и время на её развертывание.

Известна роботизированная система противопожарной защиты, которая включает в себя БПЛА наблюдения, роботизированное транспортное средство тушения, выполненное в виде БПЛА тушения, и наземную станцию мониторинга и управления их полетом с человеком-оператором. БПЛА наблюдения предназначен для непрерывного патрулирования пожароопасного района и мониторинга обстановки в оптическом и инфракрасном диапазонах с помощью бортовых средств наблюдения и передачи данных на станцию мониторинга и управления полетом. БПЛА тушения снабжены контейнерами с тушащим пожар веществом, а также собственными средствами наблюдения за обстановкой в оптическом и инфракрасном диапазонах. Эти средства наблюдения служат для самостоятельной примерной ориентации в пространстве при вылете в направлении пожара и передачи оператору станции мониторинга и управления полетом данных, необходимых для точного наведения на место пожара и оценки его состояния. БПЛА тушения размещены на пусковых установках в пожароопасном районе. Они находятся в состоянии постоянной готовности к применению. Оператор станции мониторинга и управления задает направление, высоту и скорость полета БПЛА наблюдения и непрерывно получает от него видеоинформацию. В случае обнаружения пожара он дает команду на запуск ближайшего к месту пожара БПЛА тушения, и по прилету его в заданный район — команду на применение тушащего пожар вещества. Координаты БПЛА определяются с помощью спутниковой системы навигации GPS (по патенту US6364026, кл. A62C 2/00, опубл. 02.04.02).

Основным недостатком данной системы является то, что система не пригодна для тушения пожара на больших территориях. Также известная система требует участия человека-пилота, управляющего полетом БПЛА с земли, и предварительного обустройства местности пусковыми установками, что делает известную систему дорогостоящей и сложной в обслуживании. Эффективность системы низкая из-за невозможности точного попадания в очаг возгорания. Также недостатком является относительно высокая вероятность столкновения в воздухе сразу нескольких БПЛА.

Наиболее близким техническим решением является система беспилотного пожаротушения, основанная на групповой работе БПЛА, которая включает в себя основной БПЛА с электронным оборудованием, по меньшей мере один вспомогательный БПЛА, способный нести огнетушащую бомбу, и наземную станцию принятия решений и управления указанными БПЛА. На основном БПЛА установлены силовой механизм, который обеспечивает полетную мощность; цифровой радиомодуль для обмена данными между БПЛА и наземной противопожарной станцией управления и получения соответствующих инструкций на тушение пожара; камера для получения информации об окружающей среде и области пожара, а также определения мест сброса огнетушащих бомб; инфракрасный сенсор для регистрации температуры окружающей среды с целью предотвращения попадания БПЛА в зону с высокой температурой; сенсор давления для определения тепловых потоков и возмущений и скорости воздуха вблизи от области пожара. Вспомогательные БПЛА выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом в составе группы БПЛА, так что они выполняют групповое задание, при котором могут одновременно перемещаться в заданном взаимном положении и нести огнетушащие бомбы. При небольшом пожаре может использоваться один вспомогательный БПЛА. В случае большого пожара предпочтительно использовать от 2 до 12 вспомогательных БПЛА. При необходимости несколько вспомогательных БПЛА могут нести одну огнетушащую бомбу большой массы, или же каждый из них несет свою огнетушащую бомбу. В состав вещества огнетушащей бомбы могут входить частицы диоксида углерода. Данные от датчиков основного БПЛА используются для оперативного управления коллективным полетом группы вспомогательных БПЛА. Передача инструкций от наземной станции к вспомогательным БПЛА ведется через основной БПЛА (по патенту CN 109331360, кл. A62C 3/02, A62C 37/00, Н05К 7/20, опубл. 15.02.19).

Недостатком данного решения является то, что достаточно сложно реализовать эффективное тушение пожара в условиях быстро меняющейся ситуации. Ограничением является также то, что данная система предусматривает использование только БПЛА, исключая применение в качестве несущих и разведывательных ЛА — самолетов, вертолетов и других летательных средств. Известная система имеет ограничения по точности доставки огнетушащего средства каждым из вспомогательных БПЛА, что влияет на эффективность тушения пожара.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности обнаружения и борьбы с пожарами, предотвращении их распространения, снижении ущерба, обеспечении безопасности и высокой автоматизации процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что способ обнаружения и тушения пожаров заключается в использовании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), связанных с сервером и с центром обработки данных, и отличается тем, что БПЛА делятся на разведывательные, представляющие собой конвертопланы и/или БПЛА вертолетного типа, взлет и посадка которых осуществляется с как док-станций (стыковочных станций), располагающихся на мобильных шасси (автомобильных, гусеничных и плавсредствах), и пожарные БПЛА, представляющие собой БПЛА вертолетного типа с ДВС, которые базируются как на мобильных шасси, так и тяжелый класс на стационарных местах, либо на мобильных плавучих местах типа маломерных судов (БПЛА на базе КА25. Ка26, Ми8, Ми2), причем соотношение на одну стыковочную станцию от 5 к 1 (5 единиц БПЛА тип 1 и 1 единица БПЛА тип 2), на этапе наблюдения разведывательные БПЛА в автоматическом режиме производят патрулирование по заранее загруженному маршруту, сформированному в центре обработки данных, в соответствии с расчетами пожароопасной ситуации, фотографиям со спутников, обработанных методом фотограмметрии и осуществляют сканирование местности с помощью тепловизионного комплекса с нейросетевой технологией, а также сбор метеоданных, при обнаружении предполагаемого очага возгорания осуществляется передача пакета данных об очаге возгорания и месте его нахождения в сервер обработки данных, находящийся на мобильном шасси, который фиксирует данные о размере очага возгорания, проводит экспресс-расчет распространения пожара с помощью полевой математической модели распространения огня и выбирает исходя из этого тип пожарного БПЛА, тип и размер огнетушащей жидкости в количестве необходимой для тушения данного очага возгорания, после чего прокладывает маршрут его полета, информирует центр обработки данных и дает команду на взлет, при этом пожарный БПЛА оснащен лидаром, тепловизионным комплексом и видеокамерой, пожарный БПЛА в автоматическом режиме следует к месту очага возгорания, при полете производит запись всех данных, начиная со сканирования с помощью лидара высоты до поверхности земли через кроны деревьев, сложностью ландшафта места нахождения очага пожара, уточнения размера и координат тепловой точки тепловизионного комплекса и видеокамеры, и в случае подтверждения наличия очага возгорания производит тушение сбросом (опусканием на тросу к поверхности земли) огнетушащей жидкости, после чего возвращается к месту базирования, при этом разведывательные БПЛА продолжают патрулирование по заранее определенному маршруту, при возвращении на док-станцию для подзарядки разведывательный БПЛА и БПЛА тушения переносят все полученными ими данные на сервер обработки данных, в т.ч. метеоданные, которые передаются пакетом через системы связи в удаленный центр обработки данных, на основании которых прогнозируется место возникновения и развития новых очагов возгорания и корректируются маршруты разведывательных БПЛА.

Возможно создание комплекса из трёх стыковочных платформ (в том числе, например, надводных), из которых одна платформа несёт электрические БПЛА, вторая платформа несёт ДВС-БПЛА и системы огнетушения (её подзарядки, формирования самих огнетушащие веществ типа «вода+химические элементы», а также и системы изготовления оболочек модулей пожаротушения), а третья платформа несёт системы обеспечения (запас топлива, дизельный электрогенератор для зарядки аккумуляторов для электрических БПЛА).

Кроме того, центр обработки данных на основании полученных данных о координатах очага возгорания может определять необходимость применения мер административной ответственности.

Кроме того, БПЛА и центр обработки данных на мобильном шасси при обнаружении очага возгорания могут дополнительно производить поиск и фиксирование трекинга в зоне вокруг очага возгорания сигналов излучаемых мобильными устройствами.

Кроме того, связь между БПЛА сервером обработки данных и центром обработки данных может осуществляться по радиосвязи, спутниковой связи или GSM связи.

Все БПЛА имеют бортовую систему ГЛОНАСС позиционирования, обеспечивающую учет БПЛА и их маршрутов в едином воздушном пространстве, в котором через ПО, находящееся на сервере обработки данных мобильного шасси вводятся данные по запуску того, или иного БПЛА на маршрут с привязкой к соответствующей карте маршрута, что в едином комплексе создает организованное движение БПЛА и других воздушных судов.

Описанный способ реализуется с помощью системы обнаружения и тушения пожаров, которая включает в себя несколько БПЛА, связанных с сервером обработки данных на мобильном шасси, центром обработки данных, и отличается тем, что БПЛА делятся на разведывательные, представляющие собой конвертопланы и/или БПЛА вертолетного типа, оснащенные лидаром и тепловизионным комплексом, взлет и посадка которых осуществляется с док-станций, служащих для подзарядки разведывательных БПЛА и обмена данными и располагающихся на мобильных шасси, и пожарные БПЛА, которые также базируются на мобильном шасси, представляющие собой БПЛА вертолетного типа с ДВС, способные нести огнетушащую жидкость и оснащенные лидаром, тепловизионным комплексом и видеокамерой.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1, на котором показана система обнаружения и тушения пожаров, а также фиг. 2, на котором показан вид плавучего мобильного транспортного средства для несения БПЛА.

Системы обнаружения и тушения пожаров состоят из сервера и центра обработки данных 1, пожарного БПЛА 2 вертолетного типа с ДВС и разведывательных БПЛА 3 в виде вертолетного типа с электродвигателем, либо конвертопланов с док-станциями 4, которые располагаются на шасси (гусеничном, грузовых автомобилей, либо плавсредствах) 5.

На этапе наблюдения разведывательные БПЛА 3 производят патрулирование по заранее загруженному маршруту, сформированному в центре обработки данных 1 по фотографиям со спутников, в том числе обработанных методом фотограмметрии. Для этого транспорт (автомобиль, гусеничный механизм, маломерное судно) 5 с док-станцией 4, на которой размещается разведывательный БПЛА 3, выдвигается на место осуществления патрулирования. Начальная точка патрулирования определяется центром обработки данных, исходя из анализа пожароопасной обстановки, учитывая все применяемые данные спутникового мониторинга, метеонаблюдения и учета ландшафтных особенностей территорий, молние и грозообразования и т.п. В начальной точке маршрута разведывательный БПЛА 3 в автоматическом режиме взлетает и начинает движение по заданной траектории, сканируя местность с помощью тепловизионного комплекса с нейросетевой технологией для анализа полученной информации. Транспорт 5 направляется в конечную точку маршрута, где разведывательный БПЛА 3 осуществит посадку на док-станцию 4 для получения информации о новом маршруте, а также совершит подзарядку, либо может оставаться на месте, ожидая возвращения БПЛА в исходную точку. Для увеличения зоны охвата и сокращения времени обнаружения очага возгорания целесообразно производить патрулирование несколькими разведывательными БПЛА 3.

Патрулирование местности для обнаружения очагов возгорания производят с высоты около 2-5 км, скорость полета разведывательного БПЛА около 100 км/ч. Тепловизионный комплекс может быть нескольких исполнений (1-й тип-фиксированно-установленный на БПЛА, с одним или несколькими тепловизорами, 2-й тип устанавливается на гиростабилизируемую платформу, на которой совершает повороты из стороны в сторону). При любых вариантах исполнения зона охвата тепловизионного комплекса будет составлять до 5 км по горизонтали и до 1 км по вертикали (полоса просмотра).

При обнаружении предполагаемого очага возгорания происходит определение координат с помощью дальномера, либо математическим способом, учитывая угловые и иные скорости движения БПЛА, совмещая полученные точные данные ГЛОНАСС, либо GPS-трекеров БПЛА. Точность определения координат составляет около 5-10 м. Затем осуществляется передача пакета данных об очаге возгорания и месте его нахождения в сервер и центр обработки данных 1, который определяет размер очага возгорания, его возможное развитие за время доставки огнетушащего вещества и выбирает исходя из этого тип пожарного БПЛА с огнетушащей жидкостью в количестве необходимом для тушения данного очага возгорания. Если очаг возгорания небольшой, то применяется легкий БПЛА с небольшим количеством огнетушащей жидкости. Если очаг пожара достаточно большой, то могут применятся БПЛА на основе как пилотируемых, так и беспилотных вертолетов, например, Ми-2 или Ми-8. После этого центр обработки данных 1 прокладывает маршрут полета и дает команду на взлет. Пожарный БПЛА 2 оснащен лидаром, тепловизионным комплексом и видеокамерой. Пожарный БПЛА 2 в автоматическом режиме следует к месту предполагаемого очага возгорания. При подлете производит сканирование места с помощью лидара, тепловизионного комплекса и видеокамеры и в случае подтверждения наличия очага возгорания производит тушение сбросом огнетушащей жидкости, после чего возвращается к месту базирования.

БПЛА и мобильные шасси (гусеничного, колесного, надводного исполнения) осуществляют поиск в зоне вокруг очага возгорания сигналов излучаемых мобильными устройствами (мобильные телефоны, навигаторы и т.п.) для определения необходимости вызова спасателей на место пожара.

После обнаружения очага возгорания разведывательные БПЛА 3 продолжают патрулирование по заранее определенному маршруту.

При возвращении на док-станцию 4 для подзарядки разведывательный БПЛА 3 передает метеоданные в сервер и центр обработки данных. Учитывая эти постоянно меняющиеся данные, производится моделирование возникновения и развития пожара, которое указывает на возможные участки земли, на которых может в ближайшее время возникнуть возгорание. На основе этих прогнозов, корректируются маршруты патрулирующих БПЛА 3.

При обнаружении очага возгорания центр обработки данных на основании полученных данных о его координатах может определить необходимость применения мер административной ответственности. На основании информации из внешних баз данных определяется собственник земельного участка. Проверяется по базе данных МЧС наличие в этой местности действующего противопожарного режима. В соответствии с НПА, регламентирующими величину штрафов, и данными собственника участка, формируется Акт административного правонарушения и определяется сумма штрафа.

Связь между БПЛА и сервером, и центром обработки данных осуществляется по радиосвязи, спутниковой связи или GSM связи. Целесообразно одновременное использование всех видов связи для исключения прерывания связи.

Использование в качестве разведывательных БПЛА именно конвертопланов и/или БПЛА вертолетного типа целесообразно, потому что они имеют возможность вертикального взлёта и посадки. Это позволяет автоматизировать процесс сканирования местности, патрулирования и тушения пожаров.

Использование в качестве пожарных БПЛА вертолетного типа с ДВС целесообразно тем, что они имеют возможность вертикального взлета и посадки, а также высокую грузоподъемность, что позволяет нести большой объем огнетушащей жидкости, либо производить переброску груза в виде БПЛА тип 1, аккумуляторных батарей и т.п.).

Таким образом, предложенный в изобретении способ и система повышают эффективность обнаружения и борьбы с пожарами, предотвращают их распространение, снижают ущерб и выбросы СО2 в атмосферу, обеспечивают высокую автоматизацию процесса и тем самым обеспечивают достижение технического результата.

Группа изобретений относится к области пожаротушения, а именно к способу обнаружения и тушения пожаров и к системе для его осуществления. Способ заключается в использовании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), связанных с сервером и центром обработки данных. БПЛА делятся на разведывательные, представляющие собой конвертопланы и/или БПЛА вертолетного типа, взлет и посадка которых осуществляется с док-станций на мобильных шасси, и пожарные БПЛА вертолетного типа с ДВС (средний класс БПЛА-взлетный вес более 30 кг), которые базируются стационарно или на мобильном шасси, а тяжелого класса - на стационарных местах. Разведывательные БПЛА в автоматическом режиме производят патрулирование по заранее загруженному маршруту, сформированному в центре обработки данных по фотографиям со спутников, в том числе обработанных методом фотограмметрии, осуществляя сканирование местности с помощью тепловизионного комплекса с нейросетевой технологией. При обнаружении предполагаемого очага возгорания осуществляется передача пакета данных об очаге возгорания и месте его нахождения в сервер и центр обработки данных. Он определяет размер очага возгорания и выбирает исходя из этого тип пожарного БПЛА с огнетушащей жидкостью в количестве необходимом для тушения данного очага возгорания, после чего прокладывает маршрут его полета и дает команду на взлет, при этом пожарный БПЛА оснащен лидаром, тепловизионным комплексом и видеокамерой. Пожарный БПЛА в автоматическом режиме следует к месту предполагаемого очага возгорания. При подлете производит сканирование места с помощью лидара, тепловизионного комплекса и видеокамеры и в случае подтверждения наличия очага возгорания производит тушение сбросом огнетушащей жидкости, или опусканием огнетушащей жидкости на тросе к очагу пожара, после чего возвращается к месту базирования. При этом разведывательные БПЛА продолжают патрулирование по заранее определенному маршруту. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности обнаружения и борьбы с пожарами, предотвращении их распространения, снижении ущерба, обеспечении безопасности и высокой автоматизации процесса. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения и тушения пожаров, заключающийся в использовании БПЛА, связанных с сервером и центром обработки данных, и отличающийся тем, что БПЛА делятся на разведывательные, представляющие собой конвертопланы и/или БПЛА вертолетного типа, каковые разведывательные БПЛА имеют возможность осуществлять взлет с док-станций и посадку на док-станции, располагающихся на мобильных шасси, и пожарные БПЛА, представляющие собой БПЛА вертолетного типа с ДВС, которые базируются на мобильном шасси или на плавучих мобильных местах, или на стационарных местах, на этапе наблюдения разведывательные БПЛА в автоматическом режиме производят патрулирование по заранее загруженному маршруту, сформированному в центре обработки данных по фотографиям со спутников и обработанных методом фотограмметрии, осуществляя сканирование местности с помощью тепловизионного комплекса, а также сбор метеоданных, при обнаружении предполагаемого очага возгорания осуществляется передача пакета данных об очаге возгорания и месте его нахождения в сервер и центр обработки данных, который определяет размер очага возгорания и выбирает исходя из этого тип пожарного БПЛА с огнетушащей жидкостью, в количестве необходимом для тушения данного очага возгорания, после чего прокладывает маршрут его полета и дает команду на взлет, при этом пожарный БПЛА оснащен лидаром, тепловизионным комплексом и видеокамерой, пожарный БПЛА в автоматическом режиме следует к месту очага возгорания, при подлете производит сканирование места с помощью лидара, тепловизионного комплекса и видеокамеры и в случае подтверждения наличия очага возгорания производит тушение сбросом огнетушащей жидкости, после чего возвращается к месту базирования, при этом разведывательные БПЛА продолжают патрулирование по заранее определенному маршруту, при возвращении на док-станцию для подзарядки разведывательный БПЛА передает все полученные данные, включая метеоданные, на сервер и центр обработки данных, на основании которых прогнозируется место возникновения и развития очага возгорания и корректируются маршруты разведывательных БПЛА.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сканирование местности осуществляется с помощью тепловизионного комплекса с нейросетевой технологией.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что центр обработки данных на основании полученных данных о координатах очага возгорания определяет необходимость применения мер административной ответственности, а очаг сканируется лидарным комплексом для определения объема сгоревшего леса.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что БПЛА и мобильные шасси при обнаружении очага возгорания дополнительно производят поиск в зоне вокруг очага возгорания сигналов излучаемых мобильными устройствами.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что связь между БПЛА и центром обработки данных осуществляется по радиосвязи, спутниковой связи или GSM связи.

6. Система обнаружения и тушения пожаров, включающая в себя несколько БПЛА, связанных с сервером и центром обработки данных, и отличающаяся тем, что БПЛА делятся на оснащенные лидаром и тепловизионным комплексом разведывательные, представляющие собой конвертопланы и/или БПЛА вертолетного типа, каковые разведывательные БПЛА имеют возможность осуществлять взлет и посадку с док-станций, служащих для подзарядки разведывательных БПЛА и обмена данными и располагающихся на мобильных шасси, и пожарные БПЛА способные нести огнетушащую жидкость и оснащенные лидаром, тепловизионным комплексом и видеокамерой, представляющие собой БПЛА вертолетного типа с ДВС, которые как базируются на мобильном шасси, так и представляют собой тяжелый класс на стационарных местах.